【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及根据权利要求1和13的前序的绝对电容式旋转编码器、根据权利要求11的使用相同旋转编码器确定角度的方法、以及根据权利要求16的相同计算机程序产品。
技术介绍
旋转编码器已在非常不同的实施方式中被熟知多年。它们不仅用于机械和设备工程，而且用于非常不同的测量仪器，例如用于大地测量仪器、坐标测量机器或机器人。在其应用中解决的问题在于确定两个相互可旋转子系统之间的位置角或从其导出的对应变量，例如速度或加速度。举例而言，这种角度测量系统用于坐标测量机器(诸如，例如关节臂)中以建立各个关节中的角位置，随后根据该角位置计算附接在壁端部的感测元件的空间位置。这种角度测量系统还安装在大地测量仪器中，诸如例如经纬仪或全站仪，通过其执行非常不同的测量问题，诸如例如确定水平角和垂直角。此外，这种旋转编码器还能在安装和机器中找到，用于登记诸如驱动器、旋转头、蝶形阀、旋转台等机器组件的位置。处理中登记的位置可以用作用于测量目的、或者用于通过具有位置控制回路的驱...
【技术保护点】
一种绝对电容式旋转编码器(100)，该旋转编码器(100)包括·第一传感器环(3)和至少一个第二传感器环(4)，所述第一传感器环(3)和所述至少一个第二传感器环(4)均包括o多个第一耦合电极(5a、5i、5R‑5U)，更具体地，发射电极，其以环形形状布置在第一盘(1)上并且径向对准，更具体地，该第一盘(1)为定子盘，以及o多个第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)，更具体地，接收电极，以环形形状布置在第二盘(2)上并且径向对准，更具体地，该第二盘(2)为转子盘，其中·相应传感器环(3、4)的所述第一耦合电极(5a、5i、5R‑5U)和所述第二耦合电极(6a、6i、6p、6n...
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
2014.12.04 EP 14196332.21.一种绝对电容式旋转编码器(100)，该旋转编码器(100)包括
·第一传感器环(3)和至少一个第二传感器环(4)，所述第一传感器环
(3)和所述至少一个第二传感器环(4)均包括
o多个第一耦合电极(5a、5i、5R-5U)，更具体地，发射电极，其
以环形形状布置在第一盘(1)上并且径向对准，更具体地，该第一盘
(1)为定子盘，以及
o多个第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)，更具体地，接收电极，
以环形形状布置在第二盘(2)上并且径向对准，更具体地，该第二盘
(2)为转子盘，
其中
·相应传感器环(3、4)的所述第一耦合电极(5a、5i、5R-5U)和所述
第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)的环形宽度彼此匹配，
·所述第一盘(1)和所述第二盘(2)
o共轴布置在测量轴(50)上，彼此具有一定距离，并且
o能够相对于彼此绕所述测量轴(50)旋转，其中，按照能够通过
电容耦合在相应传感器环(3、4)的所述第一耦合电极(5a、5i、5R-5U)
和所述第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)之间发送时变耦合信号(7)
的方式确定所述第一盘(1)与所述第二盘(2)之间的距离，并且
o通过评估在所述第一耦合电极(5a、5i、5R-5U)和所述第二耦
合电极(6a、6i、6p、6n)之间发送的两个传感器环(3、4)的耦合信
号，能确定绝对角度，
·相应传感器环(3、4)的所述第一耦合电极(5a、5i、5R-5U)具有至
少三个相互偏移的耦合信号相(R、S、T、U)，更具体地，分别偏移1/4
的四个耦合信号相，其中
o基于耦合信号相(R、S、T、U)的数量定义的一个阿尔法间隔
(α)，
o通过所述阿尔法间隔(α)预先确定所述第一耦合电极(5a、5i、
5R-5U)的结构，
o每个传感器环(3、4)具有为相应传感器环(3、4)的所有阿尔
法间隔(α)的总和的阿尔法间隔总数(N1、N2)，
o所述第一传感器环(3)的第一阿尔法间隔总数(N1)和所述第
二传感器环(4)的第二阿尔法间隔总数(N2)互质以确定绝对角度，
·所述第一传感器环(3)的所述第一耦合电极(5a、5R-RU)的顺序由
第一相排列(21)定义，并且所述第二传感器环(4)的所述第一耦合电
极(5i、5R-RU)的顺序由第二相排列(22)定义，使得
o通过所述第一相排列(21)，所述第一传感器环(3)的相应一行
环形相邻第一耦合电极(5a、5R-5U)形成对应于第一数量(P1)个阿
尔法间隔(α)的第一P-间隔(8)，并且
o通过所述第二相排列(22)，所述第二传感器环(4)的相应一行
环形相邻第一耦合电极(5i、5R-5U)形成对应于第二数量(P2)个阿
尔法间隔(α)的第二P-间隔(9、9a)，
o所述第一传感器环(3)具有多个(M1个)相同第一P-间隔(8)，
并且所述第二传感器环(4)具有多个(M2个)相同第二P-间隔(9、
9a)，并且
·所述第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)被划分为至少两个相互交替类型
(n、p)用于耦合信号(7)的差分信号评估，其中，在两种类型的情况
下，每个传感器环(3、4)上在环形方向上均间隔一个的第二耦合电极(6a、
6i、6p、6n)在每种情况下是同一类型(n、p)。
2.根据权利要求1的旋转编码器(100)，其特征在于，
在至少一个传感器环(3、4)的情况下，每种类型(n、p)的扇区(13a-13d)
的所述第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)的所述耦合信号(7)逐个扇区聚集在一起，
其中
·所述扇区(13a-13d)分布在整个传感器环(3、4)上，更具体
地，均匀分布在整个传感器环(3、4)上，并且
·所述扇区(13a-13d)的数量至少是3个，更具体地，是4个，
使得通过对耦合信号(7)的扇区相关对比评估，能够建立关于所述第一
盘(1)和/或所述第二盘(2)的布置与相对于所述测量轴(50)的理想位置
的偏差的信息，具体地，其中，每种类型的第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)
的数量是扇区(13a-13d)的数量的数学倍数。
3.一种绝对电容式旋转编码器(100)，该旋转编码器(100)包括
·第一传感器环(3)和至少一个第二传感器环(4)，所述第一传感器环
(3)和所述至少一个第二传感器环(4)均包括
o第一耦合电极(5a、5i、5R-5U)，更具体地，发射电极，其以环
形形状布置在第一盘(1)上并且径向对准，更具体地，该第一盘(1)
为定子盘，以及
o第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)，更具体地，接收电极，其以
环形形状布置在第二盘(2)上并且径向对准，更具体地，该第二盘(2)
为转子盘，
其中
·相应传感器环(3、4)的所述第一耦合电极(5a、5i、5R-5U)和所述
第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)的环形宽度彼此匹配，
·所述第一盘(1)和所述第二盘(2)
o共轴布置在测量轴(50)上，彼此具有一定距离，并且
o能够相对于彼此绕测量轴(50)旋转，其中，
o按照能够通过电容耦合在相应传感器环(3、4)的所述第一耦合
电极(5a、5i、5R-5U)和所述第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)之间
发送时变耦合信号(7)的方式确定所述第一盘(1)与所述第二盘(2)
之间的距离，并且
o通过评估在所述第一耦合电极(5a、5i、5R-5U)和第二耦合电
极(6a、6i、6p、6n)之间发送的两个传感器环(3、4)的耦合信号，
能确定绝对角度，
·所述第一耦合电极(5a、5i、5R-5U)具有至少三个相互偏移的耦合信
号相(R、S、T、U)，更具体地，分别偏移90°的四个耦合信号相，其中
o基于耦合信号相(R、S、T、U)的数量定义相应的一个阿尔法
间隔(α)，
o通过所述阿尔法间隔(α)预先确定所述第一耦合电极(5a、5i、
5R-5U)的结构，
o每个传感器环(3、4)具有为相应传感器环(3、4)的所有阿尔
法间隔(α)的总和的阿尔法间隔总数(N1、N2)，
·所述第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)被划分为至少两个相互交替类型
(n、p)用于差分信号评估，其中，每个传感器环(3、4)的在环形方向
上分别间隔一个的第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)是同一类型(n、p)，
并且，
·在至少一个传感器环(3、4)的情况下，一种类型的扇区(13a-13d)
的所述第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)的所述耦合信号(7)逐个扇区聚
集在一起，其中
o所述扇区(13a-13d)分布在整个传感器环(3、4)上，更具体
地，均匀分布在整个传感器环(3、4)上，并且
o所述扇区(13a-13d)的数量至少是3个，更具体地，是4个，
使得通过对来自不同扇区(13a-13d)的耦合信号(7)的扇区相关对比评
估，能够建立关于所述第一盘(1)和/或所述第二盘(2)的布置与相对于所
述测量轴(50)的理想位置的偏差的信息，具体地，其中，所述第二耦合电极
(6a、6i、6p、6n)的数量是所述扇区(13a-13d)的数量的数学倍数。
4.根据权利要求2或3的旋转编码器(100)，其特征在于，
通过关于所述第一盘(1)和/或所述第二盘(2)的布置与相对于所述测量轴(50)
的理想位置的偏差的信息，
·能够补偿由所述第一盘(1)和/或所述第二盘(2)的布置与相对于所述测量
轴(50)的理想位置的偏差造成的误差，更具体地，低频误差，和/或
·能够确定所述第一盘(1)和/或所述第二盘(2)的布置与相对于所述测量轴
(50)的理想位置的所述偏差。
5.根据权利要求2、3或4的旋转编码器(100)，其特征在于，
相同类型(n、p)的所述第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)的所述耦合信号(7)
被逐个扇区地分别在所述第一传感器环(3)和所述第二传感器环(4)二者中组合，
更具体地，其中
·所述第一传感器环(3)的扇区(13a-13d)的数量不同于所述第二传感
器环(4)的扇区的数量，和/或
·所述第一传感器环(3)的所述扇区(13a-13d)与第二传感器环(4)
的扇区偏移布置，更具体地，在每个传感器环(3、4)分别4个扇区(13a-13d)
的情况下，偏移45°，和/或
借助于以导电方式连接在第二盘(2)上的相应扇区(13a-13d)的相同类型(n、
p)的第二耦合电极(6a、6i、6p、6n)，逐个扇区地组合耦合信号(7)。
6.根据前述权利要求中任一项的旋转编码器(100)，其特征在于，
所述第一传感器环(3)的所述第一耦合电极(5a、5R-5U)的顺序和所述第二
技术研发人员：马塞尔·罗纳，I·贝德纳雷克，L·鲍曼，R·沃尔格南特，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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